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Análise comparativa do desempenho da compensação da dispersão em redes de fibras ópticas
(Universidade Federal do Pará, 2019-12-13) LUZ, Fabrício Pinho da; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440
Este trabalho aborda o uso de métodos para tratamento da dispersão em fibras ópticas, mostrando a eficácia da utilização para um melhor resultado do Fator de qualidade (Q. Factor) e da taxa de erro de bit (Min. Ber) na transmissão de dados por redes de fibras ópticas. Desse modo, esta dissertação tem por objetivo fazer uma análise do desempenho de uma das técnicas de Pós-compensação em sistemas Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda Densa, baseado em redes ópticas passivas (DWDM-PON) com 16 canais e 100GHz de espaçamento para uma taxa de transmissão de dados de 10Gbps através do método de Pós-compensação de dispersão; propõe a utilização de técnicas de dispersão, a de Pós-compensação e a de dispersão Cromática na transmissão de dados por fibras ópticas com utilização de fibras compensadoras de dispersão (DCF) e Fibras de Grade de Bragg (FBG) para um melhor resultado do fator de qualidade (Q-Factor) e da taxa de erro de bit (Min Ber). A metodologia aplicada teve base em levantamentos bibliográficos de trabalhos na mesma linha de pesquisa sobre métodos de tratamento dos efeitos não lineares, em especial o de dispersão em fibras ópticas; em seguida foi feita a modelagem da rede óptica no software OptiSytem da Optiwave Corporation para implementação das simulações dos métodos utilizados para tratamento da dispersão em fibras ópticas. Concluiu-se, a partir do estudo de três sistemas de compensação de dispersão, onde uma ligação DCF e uma ligação FBG foram utilizadas para esse fim, que os valores do fator Q e do BER foram comparados e analisados a uma taxa de transmissão de 10 Gb/s; que o fator Q e o OSNR para o sistema de compensação de simétrica (mista) eram os maiores, estas técnicas de compensação de dispersão diminuem a degradação do sinal, melhorando a transmissão dos dados no sistema, com fibra DCF as perdas totais aumentam devido os efeitos não lineares, e seu custo é maior do que a fibra FBG, ou seja, com fibra FBG, o custo do sistema é menor, porém seu alcance é limitado. Portanto as duas técnicas podem ser utilizadas dependendo dos requisitos da rede do projeto de telecomunicações.
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Análise de desempenho deum sistema óptico baseado em interferômetro de Mach-Zehnder e amplificador óptico semicondutor
(Universidade Federal do Pará, 2024-11-18) ARAÚJO, Fábio Souza de; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440
O presente trabalho apresenta e explora, através do software OptiSystem, o desempenho de um sistema óptico que combina o interferômetro de Mach-Zehnder, o amplificador óptico semicondutor (SOA) e a Grade de Bragg em Fibra (FBG). O sistema é formado por três partes principais: sessão de transmissão, sessão amplificador óptico semicondutor interferômetro MachZehnder (SOA-MZI) e sessão de recepção. E foram analisados os parâmetros de desempenho: fator de qualidade (Fator-Q) e a taxa de erro de bit (BER) para diferentes sequências de bits e para a variação do tamanho do comprimento da fibra óptica. Em geral, o sistema proposto apresentou um bom desempenho, mostrando-se como projeto viável para aplicação em redes metropolitanas com enlaces de até 50 km.
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Análise e desempenho de um acoplador baseado em cristal fotônico dopado com érbio
(Universidade Federal do Pará, 2018-04-13) MARTINS, Elizete Sabino; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440
Neste trabalho, utilizamos a teoria de guias de ondas em cristais fotônicos para projetar um acoplador baseados nesses guias, com dopagem de Érbio a fim de verificar o desempenho de comutação para os estados barra e cruzado do dispositivo dopado em relação ao não dopado. O acoplador de cristal fotônico dopado com Érbio utiliza a ressonância não linear causada pela excitação dos íons de érbio localizado na fileira central de um acoplador direcional. Tal excitação provoca a transição dos íons de érbio do estado fundamental para o metaestável fazendo a amplificação do sinal quando os fótons absorvem a luz emitida. As simulações ocorreram no software COMSOL Multiphysics®, o qual utiliza o Método dos Elementos Finitos (FEM). Foi realizada uma análise comparativa entre um acoplador direcional de cristal fotônico dopado com érbio e outro não dopado. Verificou-se o desempenho de comutação de ambos a partir da variação das frequências normalizadas e constatou-se que o acoplador dopado conseguiu operar nos estados barra e cruzado com maior espectro de frequência.
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Análise numérica de estruturas planares baseadas em cristais fotônicos para aplicações em circuitos integra
(Universidade Federal do Pará, 2025-02-10) ALMEIDA, Léo César Parente de; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440; ******; COSTA, Karlo Queiroz da; SILVA, Rômulo Luiz Oliveira da; SOUSA, Fábio Barros de; OLIVEIRA, Lélis Araújo de; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647; http://lattes.cnpq.br/8265719000886842; http://lattes.cnpq.br/3498127081933118; http://lattes.cnpq.br/9001133154793053; https://orcid.org/0000-0003-4393-3217; https://orcid.org/0000-0001-6255-8016; https://orcid.org/0000-0003-4170-5261; https://orcid.org/0000-0001-6577-2800
Neste trabalho, utilizou-se o conceito de cristais fotônicos bidimensionais para o design, as simulações numéricas e para a análise das estruturas planares propostas para aplicações em circuitos integrados fotônicos. Os dispositivos propostos consistem em: uma porta lógica totalmente óptica (NAND gate), além dos dois roteadores de comprimento de onda baseados em grafeno, do tipo 2 × 2 (2×2 λ-router) e 4×4 (4×4 λ-router). Estas estruturas totalmente ópticas são compostas por anéis ressoadores de cristais fotônicos, constituídos de hastes dielétricas de silício em ar. O método da expansão em ondas planas e o método das diferenças finitas no domínio do tempo são utilizados para analisar as estruturas. O método da expansão em ondas planas é utilizado para calcular o intervalo de banda fotônica para as estruturas, que é de 0,320267−0,3924 (a/λ) para a porta lógica totalmente óptica, e de 0,330944−0,396419 (a/λ) para os roteadores totalmente ópticos. As duas estruturas periódicas propostas são implementadas utilizando-se de comprimentos de onda operacionais abrangendo as bandas C, L e U. A performance das estruturas propostas é analisada por meio dos seguintes parâmetros: footprint, potência de saída, razão de contraste, perda de inserção, fator de qualidade, tempo de resposta, taxa de bits e diafonia. Os resultados numéricos das simulações evidenciam que as estruturas propostas são adequadas para a concepção de circuitos ópticos digitais ultrarrápidos, apresentando uma alta potência de transmissão, um consumo de energia reduzido, um claro princípio de funcionamento e um simples design. Além do mais, as estruturas propostas possuem um tamanho menor quando comparadas com outras estruturas, apresentando um footprint de cerca de 119,58 µm2, contribuindo assim para aumentar a densidade de integração de componentes miniaturizados e de alto desempenho para diversas aplicações em circuitos integrados fotônicos.
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Análise teórica de filtros em estruturas EBG e em guias de ondas de cristais fotônicos
(Universidade Federal do Pará, 2016-11-25) SOUSA, Fiterlinge Martins de; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440
Este trabalho apresenta simulações de filtros rejeita-faixa de micro-ondas utilizando estruturas Electromagnetic Bandgap (EBG). Na estrutura de filtro são feitos furos no plano terra e posteriormente esses furos terão o seu diâmetro alterado visando melhorar a qualidade da banda de rejeição e a obtenção de duas bandas de rejeição. Em comparação com filtros convencionais, filtros com estruturas EBG tem melhores características de banda de rejeição na faixa de micro-ondas As referidas simulações foram feitas com o software comercial ANSYS HFSS. Uma estrutura de filtro utilizando guias de ondas fotônicos também é modelada e simulada utilizando o software comercial Comsol. Os efeitos dos parâmetros físicos da estrutura em relação as característica de filtragem são estudados em ambos os filtros. Os resultados do procedimento de criação e de simulação são descritos e possíveis aplicações dessas estruturas de filtro são discutidas neste trabalho. A faixa de rejeição particularmente ampla é alcançada pelos circuitos apresentados neste trabalho bem como duas bandas de rejeição.
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Estruturas photonic band gap em antena de microfita com aplicações em microondas e terahertz
(Universidade Federal do Pará, 2019-08-16) OLIVEIRA, Jorge Everaldo de; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440
Neste trabalho estamos analisando as simulações de duas antenas de microfita. A primeira é uma antena utiliza o material cerâmico Niobato de Bismuto (BiNbO4) dopado com Pentóxido de Vanádio (V2O5) no substrato. O patch da antena foi projetado com linha de alimentação indentada para facilitar o casamento de impedâncias e o substrato com furos de ar foi colocado apenas por baixo do patch para diminuir ainda mais as perdas. A segunda é uma nanoantena com Patch de Grafeno na faixa de Terahertaz e substrato PBG (Photonic Band Gap), com rede triangular, e furos nas seguintes configurações de altura h1, h2 e h3. Na altura h1 o substrato é perfurado totalmente, enquanto que nas alturas h2 os furos serão feitos de cima para baixo até a metade do substrato e a altura h3 é a antena com substrato perfurado de baixo para cima até a metade do substrato. Portanto são criadas três antenas nessas geometrias utilizando uma rede de furos triangular. A disposição dos furos no substrato dielétrico, constituem a estrutura PBG, para aumentar o desempenho e a eficiência dessas antenas, extinguindo ondas de superfície no substrato de antenas de microfita. A geometria adotada melhora ainda parâmetros das antenas como por exemplo a eficiência e a largura de banda. Os Softwares Comerciais HFSS e CST foram utilizados para as simulações das antenas. Após as etapas da simulação numérica foram obtidos os resultados dos parâmetros desses dispositivos. A primeira antena (rede periódica com substrato cerâmico) obteve perda de retorno de -36,21 dB, para uma frequência de ressonância de 10,26 GHz, com largura de banda de 2,18 GHz . Nas simulações das antenas de microfita com Patch de Grafeno a antena h3 obteve dupla banda de transmissão com potencial químico do grafeno de 0,3 eV.
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Obtenção e análise da performance de portas lógicas totalmente ópticas baseadas em guias de onda de cristais fotônicos
(Universidade Federal do Pará, 2016-09-09) ALMEIDA, Léo César Parente de; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440
Nesta dissertação, foi utilizado o conceito de cristais fotônicos (PhCs) para a simulação computacional de duas portas lógicas totalmente ópticas, as portas NOT e NAND. Estas novas estruturas totalmente ópticas são compostas por um anel ressoador de cristal fotônico (PCRR) em duas dimensões (2-D), feito de hastes dielétricas de silício (Si) no substrato de ar. O método da expansão em ondas planas (PWE) e o método das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) são utilizados para analisar o comportamento destas estruturas. O método PWE é utilizado para calcular o intervalo de banda fotônica (PBG) das estruturas de cristais fotônicos (PhC), que é de 0,2654-0,3897 (a / λ). As redes quadradas das portas lógicas (NOT e NAND) fabricadas são implementadas utilizando o comprimento de onda operacional igual a 1700 nm. Os resultados das simulações mostram que as estruturas propostas são candidatas potenciais para a concepção de circuitos ópticos digitais ultra-rápidos e altamente vantajosas com alta potência de transmissão, simples design, além de serem fortemente aplicáveis para a fabricação de circuitos integrados fotônicos (PICs), devido à sua simples estrutura e o seu claro princípio de funcionamento.
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Portas lógicas totalmente ópticas baseado em interferômetro de Michelson com amplificador óptico semicondutor
(Universidade Federal do Pará, 2018-08-24) OLIVEIRA, Jackson Moreira; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440
Neste trabalho, propõe-se a estrutura do dispositivo de portas lógicas totalmente ópticas baseada em um interferômetro Michelson (MI) composto de amplificador óptico semicondutor (SOA) formando uma estrutura de dispositivos lógicos SOA-MI com grade de Bragg de Fibra (FBG) simetricamente idêntica na saída de cada um de seus braços, para simulação numérica das portas lógicas AND, OR e NOR de dois sinais de entrada binários com diferentes números de bit usando a técnica de modulação de ganho cruzado (XGM) a 10 Gb/s de taxa de bits limita a largura de banda em 10, 20 e 40 GHz usando o software OptiSystem 15.0 da OptiWave Corporation para demonstrar e extrair regras simples de projeto para processamento óptico de alta velocidade e análise de propriedades não lineares induzidas por SOA. Além disso, este trabalho inclui o estudo do efeito da largura de banda e número de bits na potência recebida, taxa de erro mínimo (BER), fator máximo de qualidade (fator-Q), relação sinal-ruído óptico (OSNR) e espectro óptico, que demonstra portas de alta velocidade e desempenho. Executou-se as portas lógicas baseadas em SOA-MI com alguns parâmetros e os resultados podem demonstrar uma estrutura de dispositivos lógicos ópticos de alto desempenho com alta velocidade.
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Projeto de um demultiplexador de cristal fotônico bidimensional baseado em grafeno para aplicação em sistemas por divisão de comprimento de onda (WDM).
(Universidade Federal do Pará, 2024-03-15) SILVA, Alan dos Reis; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440
Neste trabalho é apresentado um demultiplexador de oito canais de cristal fotônico 2D baseado em grafeno para aplicação em sistemas ópticos que utilizam a técnica de multiplexação por divisão de comprimento de onda - WDM. O dispositivo óptico foi projetado com base em uma rede cristalina quadrada de hastes dielétricas de sílicio imersas em ar e é formado por três partes principais: Guia de onda de barramento; Aneis ressonadores octagonais e guias de onda com curva em L. O Software COMSOL multiphysics e os pacotes python Legumes foram utilizados para o estudo e simulação da estrutura projetada. Na análise dos resultados da simulação foram avaliados o comprimento de onda ressonante, largura espectral, Fator de qualidade, Eficiência de transmissão, espaçamento entre canais e o nível de interferência eletromagnética (Crosstalk) para os oito canais do demultiplexador. Além disso, a análise dos resultados ocorreu para duas perspectivas distintas, na primeira delas analisou-se a relação entre os parâmetros de transmissão do demultiplexador com a variação do potencial químico do grafeno e na segunda explorou-se a aplicação do dispositivo em sistemas WDM. Em geral, as analises realizadas mostraram-se consideravéis quanto a aplicação do dispositivo fotônico em sistemas ópticos de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM).
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Regenerador 3r totalmente óptico baseado em interferômetro de Mach-Zehnder de fibra de cristal fotônico altamente não linear
(Universidade Federal do Pará, 2017-05-26) SOUSA, Fabio Barros de; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440
O presente trabalho teve como objetivo investigar por meio de simulações numéricas, um dispositivo capaz de realizar uma regeneração 3R (Reamplificação, Ressincronização e Reformatação) de maneira totalmente óptica dos sinais propagados em um sistema de comunicação por fibra óptica com taxa de bit de 10 Gbit/s, potência de transmissão inicial de 0 dBm e comprimento de onda de 1550 nm. Como aliados ao processo de regeneração, utilizou-se os efeitos dispersivos e os não lineares de automodulação de fase (Self-Phase Modulation - SPM), modulação de fase cruzada (Cross-Phase Modulation - XPM) e mistura de quatro ondas (Four – Wave Mixing - FWM) em um interferômetro de Mach-Zehnder, cujo um dos braços é composto por uma fibra de cristal fotônico altamente não linear (HNL-PCF). As simulações foram realizadas através do software comercial OptiSystem da empresa canadense Optiwave Corporation. O desempenho do sistema foi analisado através da comparação entre os valores do fator de qualidade (fator Q), da taxa de erro de bit (BER), do espectro óptico e da relação sinal ruído óptico (OSNR) dos sinais regenerados, pré-regenerados e degradados na entrada e na saída do sistema proposto. Através deste projeto foi possível obter uma regeneração eficiente do sinal, com valores ótimos de OSNR, de fator de qualidade (fator Q) e baixa taxa de erro de bit (BER).
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Uso de materiais eletrocerâmicos multifásicos em antena ressonadora dielétrica multifuncional: simulação e implementação
(Universidade Federal do Pará, 2025-06-06) SANTOS, Marcos Gabriel Fernandes dos; PASCHOAL JÚNIOR, Waldomiro Gomes; http://lattes.cnpq.br/8021271825437480; https://orcid.org/0000-0002-2348-1244; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440; ******; DEL NERO, Jordan; OLIVEIRA, Lélis Araújo de; http://lattes.cnpq.br/5168545718455899; http://lattes.cnpq.br/9001133154793053; https://orcid.org/0000-0001-8087-8427; https://orcid.org/0000-0001-6577-2800
Esta dissertação propõe uma investigação sobre o papel de alguns materiais Compósitos poliméricos-cerâmicos e eletrocerâmicos em antenas ressonadoras dielétricas (DRA). Utilizando uma abordagem integrada de simulação computacional, o estudo visa avaliar a resposta e os resultados desses materiais como subcomponentes essenciais das antenas DRA. Softwares eletromagnéticos serão empregados para a avaliação desses materiais, priorizando desempenho, viabilidade e aplicação. A metodologia inclui fases de avaliação computacional, na qual os materiais serão implementados em bibliotecas de software como modelos computacionais para simulação eletromagnética. Esses modelos buscarão emular as características reais dos materiais, garantindo uma representação fiel de seu comportamento. Espera-se que esta pesquisa forneça insights significativos sobre o desempenho dessas classes de materiais em antenas ressonadoras, consolidando a importância da simulação computacional na fase inicial de implementação de novos materiais para aplicações em comunicações sem fio e RF. As potenciais áreas de aplicação incluem tecnologias de comunicação sem fio como 5G e 6G, bem como em antenas, sensores e dispositivos móveis.